互联网背景下物流包装盒回收方案设计与调度优化模型

陈楚校 王康 张小蕾 刘智飞 王源蔚

摘 要：随着互联网的日益发展，网购已经成为人们生活不可或缺的部分，而随之带来的，是物流包装盒的大量使用，从而造成的资源浪费与环境破坏等问题。本项目利用二维码对在途中的物流包装盒进行管理与回收，使用“自动拆分机”协助回收，并建立模型，以最低的成本和最优的调度方案对回收后的物流包装盒进行合理调度。

关键词：互联网;二维码;调度模型;循环使用;数理建模

一、引言

随着互联网的日益发展，网购已经成为人们生活不可或缺的部分，而随之带来的，是物流包装的大量使用，国家邮政局《中国快递领域绿色包装发展现状及趋势报告》显示，2016年，全国共消耗了快递运单312.8亿份、编织袋32亿条、塑料袋147亿个、封套34亿个、包装箱86亿个。如下：

这个数据表明，到了今日会有超过100亿的包装箱在使用后被随意丢弃或者低效使用，从而导致严重的资源浪费而环境污染的问题。因此，如何更有效地回收物流包装，以及对回收的物流包装盒如何更有效地调度，成为当前物流领域里的一个重大问题。

近年来国内外针对物流包装盒的回收提出不少解决方案。德国出台《包装废弃物管理办法》，提出双轨制回收系统（DSD）。之后出台的《包装回收再生利用法》，要求除了包装生产商外，从事运输、代理商、零售的企业也必须负责回收包装物。日本制定并实施《能源保护和促进回收法》《包装再生利用法》，也致力于回收体系的建设。政府出资建立大量的回收站，并鼓励民众对包装废弃物进行分类，指定专人定时回收、集中转运至专门的处理中心，开展再循环、再利用的回收加工。

李重莲等在《快递包装回收物流系统及其最优调运方案设计》中针对快递包装回收成本较高、回收效率较低等问题，从快递包装回收物流系统主体要素和运作模式两个方面阐释了3类典型回收系统，分析了各系统的具体运作模式及流程，并在此基础上，构建了快递包装回收物流系统最优调运方案的基本模型，运用表上作业法对多维中转运输问题进行求解;王泊亭等在《我国快递包装回收：现状、困境及系统构建》中基于我国快递包装回收现状的分析，发现我国快递包装回收的现实困境，构建一个由生产流通子系统、分类回收子系统以及利用与处理子系统构成的快递包装回收与处理系统;徐红等在《快递废弃物回收产业链演化仿真研究》中构建了未引入政府约束机制和引入政府约束机制的“快递企业-消费者”演化博弈模型，探索政府、消费者及快递企业在快递废弃物回收产业链营建过程中所扮演的角色，得到利益相关方的演化稳定策略和规律。

目前国内外对物流包装盒的回收方案有多种多样，但其中依然存在不足之处。如：未能最大程度调动消费者参与回收工作的积极性、未能彻底解决消费者的顾虑、对回收后的物流包装盒未能更好地再利用。

二、问题描述

目前国内对物流包装盒的回收采用的仍是传统的回收模式，如菜鸟等物流公司在自提点设立一个回收站，但仍是需要消费者自行拆解，拆解工具也极为简单，这种回收模式并不能很好地调动消费者参与回收工作的积极性。而拆解后的物流包装盒大都因为破损严重，无法重复使用，使得物流包装盒再利用程度极为低下。

本项目通过建立以总成本最低为目标函数的最优化模型，来解决物流包装盒的配送方案。

针对目前物流包装盒浪费严重的问题，本项目研究的内容有两大方面。一是利用互联网技术（二维码）对物流包装盒进行识别与管理，并利用“自动拆分机”作为辅助对物流包装盒进行回收，达到提高物流包装盒回收率的效果。二是通过大数据分析，对不同时期物流配送中心的包装盒供给量和配送中心附近的商家物流包装盒需求量进行匹配和调度，通过启发式算法和数理建模分析整个调度过程所产生的成本，从而解决物流包装盒再利用程度低、成本高的问题。

三、回收方案介绍

本项目运用互联网和自动拆分技术对快递包装盒进行回收与管理，并通过大数据技术，将快递包装盒从配送中心合理调度到有需求的商家。

本项目回收方案包括以下三个方面：

1.物流包装盒外观的变化

本项目对物流包装盒的外观做了一些调整，消费者在网上购物下单时会自动生成含有个人信息和订单详情的二维码，商家将二维码贴在快递包装上，代替传统个人信息外露的订单。一方面可以凭二维码识别物流包装盒，另一方面有利于解决消费者信息泄露的问题。快递通过运输到达快递网点，消费者在取件后可自主选择是否使用快递包装自动拆分机。

2.用自动拆分机拆解物流包装盒

进入自动拆分机后的快递包裹会被智能拆分，并解除消费者与二维码信息的绑定，完成物流信息系统的最后一个流程，则奖励积分至消费者的支付宝账户中。消费者取出所购买的商品后，拆分后的快递包装盒由自动拆分机压缩折叠，并存放在机器底部收纳层。

3.将回收后的物流包装盒集中于配送中心

经过自动拆分机的拆解后，压缩折叠的快递包装盒暂存在快递网点，等待下一次配送时跟车运往配送中心。物流公司运用大数据分析，对收集的商家的需求数据和配送中心的供给数据进行分析，实现配送中心与商家的供需有效对接。而这其中，如何对集中在配送中心的物流包装盒进行合理调度，就需要我们建立一个合理的调度模型进行分析。

四、构建调度模型

针对快递包装盒再利用所产生费用的调度方案，建立以成本最低为目标函数的最优化模型，确定各个配送中心同时满足多个商家需求的动态调度方案，这是一种新型的智能配送系统，其中涉及研究的费用主要包含運输费用和储存费用，具体分析如下：

1.模型假设

（1）各个快递网点附近都设有独立的拆分机。

（2）每个配送中心设置有多个独立的快递网点。

（3）多个配送中心可同时负责不同商家的配送任务。

（4）商家与物流公司成周期性交易。

2.符号说明

3.建立运输费用公式

结合前面设定的假設和动态调度方案，通过顾客取件的数量、各个配送中心到快递网点和商家的距离、每天寄件所消耗回收箱子的数量以及利用问卷调查数据分析得到的快递箱子被回收的概率可计算出整个回收系统的运输费用：

5.总成本

针对快递包装回收利用所产生费用的调度方案，其中只涉及到回收箱子的运输费用和配送中心储存的储存费用，根据前面求得的两种费用进行加和可得出此调度方案的总成本W，计算如下：

五、数理验证

选取广东五个分布均匀的配送中心，分别是：广州、深圳、清远、茂名、梅州。假设参与交易的四个商家分别是：深圳市条码猫、德生智盟、宏威卓昊、广州兆成;每个配送中心旗下设有6个快递网点，在每个快递网点设置有独立的拆分机，来取件的取件者可将快递包装箱子放入拆分机中进行回收箱子，每天回收到的箱子将跟随来往运输快递件的运输车被运输到配送中心，配送中心将回收箱子的信息录入到物流系统中，同时在物流系统中有各个商家对回收箱子的需求情况，然后物流系统按照建立的模型计算出最低成本下配送中心配送给商家回收箱子的调度方案，根据所提供的数据可通过lingo软件大致求解，其中具体事例分析如下。

快递网点回收到的箱子，一部分用在快递网点的寄件和剩下运输到配送中心的箱子，五个配送中心下的六个快递网点寄件的数量见表1、每天各快递网点的取件数量见表2，以及商家的需求量见表3。

被回收的箱子需要运输到配送中心，在运输的过程中会考虑其运输的费用。根据运输费用的计算标准，需要知道快递网点到配送中心的距离和配送中心到商家的距离，按照上面列出的商家和配送中心，假设数据分别见表4、表5。

影响调度方案的因数有多个方面，其中研究快递网点的回收箱子的概率一定是影响比较大的，我们通过问卷调查并结合大数据分析得出回收的概率为83.87%，利用回收箱子的概率可以计算出快递网点为商家可提供的回收箱子的数量。在此模型中需要求出最小成本下的动态调度方案，其中成本等于运输成本加储存成本，根据只考虑回收箱子的规格和运输车辆的规格可计算出回收箱子的最大装车量为800，和一车次每公里的运输费用5。利用lingo软件求解得出最低成本为12631，配送中心的配送调度方案如下表6。

六、结论与展望

本文针对现有物流包装盒的回收效率低、再利用程度低的问题，提出了利用互联网对物流包装盒高效回收和合理调度的方案，建立了回收与调度一体化的逆向物流模型。通过建立调度模型并进行数理验证，得出结论：将回收后的物流包装盒以本文建立的模型对周边商家进行调度，所使用的成本是最低的。本项目今后将在更复杂的现实因素下建立更为优化和更具有普遍性和适用性的模型，为配送中心提供更优的配送方案。解决现代回收不到包装盒、回收后无法利用或再利用程度低的问题。

参考文献：

[1]李重莲，范定祥.快递包装回收物流系统及其最优调运方案设计[J/OL].包装学报，2018（04）：1-9[2018-11-09].

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